裂縫性特低滲儲層油水滲流特征研究

顏圣松，陳澤宇，李娟娟

(1.延長油田股份有限公司寶塔采油廠，陜西 延安 716000； 2.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580; 3.延長油田股份有限公司南泥灣采油廠，陜西 延安 716000)

0 引言

延長油田寶塔采油廠屬于典型的低孔、特低滲儲層，天然微裂縫發(fā)育加之后期壓裂改造，儲層形成裂縫-基質(zhì)雙重介質(zhì)系統(tǒng)。該類油藏僅依靠天然能量開發(fā)，采收率低，一次采收率往往小于10%[1-2]。而采用常規(guī)注水對地層補充能量時，注入水易沿注水井周圍裂縫突進，導(dǎo)致基質(zhì)波及體積較小，大大降低了原油采收率[3-5]。前人研究發(fā)現(xiàn)依靠毛管力進行油水置換的滲吸作用在該類油藏下作用顯著，裂縫或大孔道中的注入水靠毛管力的作用吸入基質(zhì)巖塊中，基質(zhì)內(nèi)的原油則被置換進入裂縫，繼而被成功采出[6-8]。注水過程中，由于裂縫與基質(zhì)間啟動壓力梯度的差異[9]，基質(zhì)中的剩余油主要依靠滲吸置換作用進入裂縫，再以驅(qū)替的方式采出，對于裂縫性特低滲儲層存在著驅(qū)替和滲吸的雙重滲流作用[10-11]。

前人的研究主要集中在自發(fā)滲吸規(guī)律上，并未將滲吸-驅(qū)替這一完整過程進行詳盡研究，同時對滲吸壓力、基質(zhì)裸露面積等參數(shù)的影響也未有全面認識[12-17]。該研究在借鑒油水滲流規(guī)律與注水開發(fā)動態(tài)規(guī)律研究的基礎(chǔ)上[18-20]，以姚280區(qū)塊天然長6巖心為載體，重點分析了基質(zhì)裸露面積、滲透率以及滲吸壓力等因素對長6巖樣滲吸采出程度與采出速率的影響。通過基質(zhì)滲吸排油特征研究與滲吸-驅(qū)替效率主控因素研究，揭示裂縫性特低滲儲層滲吸、滲流規(guī)律，為進一步科學(xué)指導(dǎo)裂縫性特低滲油藏注水開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實驗原理與方法

1.1 實驗裝置

體積法滲吸儀是靜態(tài)自發(fā)滲吸的實驗設(shè)備，如圖1所示。

圖1 體積法滲吸儀

動態(tài)驅(qū)替-滲吸的實驗設(shè)備有滲吸瓶、真空飽和裝置、洗油儀、巖心鉆取機、滲透率測試儀、孔隙度測試儀、電子天平、燒杯、巖心滲吸驅(qū)替裝置、巖心切割工具等，如圖2所示。

圖2 巖心動態(tài)驅(qū)替-滲吸實驗裝置

1.2 實驗材料

1)實驗流體

實驗?zāi)M油是由寶塔采油廠姚280井區(qū)井口脫水原油與煤油按1∶3配制而成的。實驗用水為模擬地層水(按照NaCl∶CaCl2∶MgCl2·6H2O=7∶0.6∶0.4進行配制)，礦化度設(shè)定為25 000 mg/L。

2)實驗巖心

巖心樣品取自寶塔采油廠姚280區(qū)塊長6儲層的天然巖心，潤濕性為中性偏水濕，巖心具體參數(shù)見表1。根據(jù)不同實驗的影響因素的需要，選用具有合適孔滲參數(shù)的巖心并進行處理。

表1 巖心基本參數(shù)

動態(tài)滲吸-驅(qū)替實驗材料有模擬地層水、模擬油、天然巖心(通過孔滲數(shù)據(jù)測試驗證，靜態(tài)滲吸實驗后對巖心進行洗油-烘干后，巖心性質(zhì)與靜態(tài)實驗前基本一致，所以為便于與靜態(tài)滲吸規(guī)律進行對比，巖心盡量采用之前實驗所用巖心重新洗油烘干后所得)等。

1.3 實驗方法

1.3.1 基質(zhì)滲吸排油特征研究

結(jié)合行業(yè)標準SY/T 7307—2016致密油氣儲層巖石物理實驗室測量技術(shù)規(guī)范進行體積法基質(zhì)滲吸排油特征實驗研究。這種實驗方法依靠滲吸儀計量不同時間點滲吸排油的體積，從而計算采出程度。首先將飽和好模擬油的巖樣放入充滿模擬地層水的滲吸儀中，在室溫條件或放到設(shè)定好的滿足實驗要求溫度的恒溫箱內(nèi)，讀取滲吸儀刻度，最后計算滲吸驅(qū)油速度和采出程度。滲吸裝置滲吸儀如圖3所示。

圖3 體積法滲吸裝置

體積法所用滲吸儀構(gòu)造簡單，易于操作，但是滲吸的液滴易吸附在內(nèi)壁上或是堵在縮頸的位置。讀數(shù)前，為了使吸附在滲吸儀壁面和巖心表面的油珠上升到刻度管中，減小讀數(shù)誤差，可以輕微地搖晃滲吸儀。

1.3.2 滲吸-驅(qū)替實驗

致密油藏體積壓裂改造后形成的雙重介質(zhì)系統(tǒng)水驅(qū)過程中存在兩種機理:驅(qū)替壓力控制下的驅(qū)替作用和毛管壓力控制下的滲吸作用。該研究利用研究區(qū)天然巖心樣品造縫處理后開展室內(nèi)水驅(qū)物理模擬實驗，對研究區(qū)水驅(qū)過程中動態(tài)驅(qū)替-滲吸特征規(guī)律進行研究，明確滲透率、驅(qū)替壓差等因素的影響規(guī)律。

動態(tài)驅(qū)替-滲吸的實驗方法為將巖心進行造縫處理，制作為裂縫性巖心，進行水驅(qū)，模擬裂縫性油藏雙重介質(zhì)的水驅(qū)過程。注水沿著裂縫進行驅(qū)替，裂縫與基質(zhì)發(fā)生水油滲吸置換，最終由注入水將置換出的油驅(qū)走。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 基質(zhì)滲吸排油特征研究

2.1.1 巖心裸露面積

利用聚四氟乙烯將研究區(qū)長6儲層天然巖心密封，具體參數(shù)見表2，模擬不同邊界條件下的滲吸過程，具體實驗數(shù)據(jù)見表3。

表2 不同巖心裸露面積下滲吸實驗巖心物性參數(shù)表

表3 不同巖心裸露面積下的巖心自然滲吸實驗結(jié)果

自然滲吸實驗結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 巖心滲吸采出程度與時間的關(guān)系曲線

圖5 巖心滲吸速度與時間的關(guān)系曲線

由圖4與圖5可知，全部與水接觸的巖心(裸露面積43.57 cm3)滲吸速度與采收率明顯高于四周封閉的巖心(裸露面積4.867 cm3)。在相同物性條件下，巖心裸露面積越大，滲吸效果越好。分析認為，當巖心僅裸露上下兩端時，由于裸露面積較小且裸露面間距較遠，正向滲吸難以進行僅可發(fā)生逆向滲吸；而對于裸露面積為43.57 cm3的巖心樣品，正向滲吸及逆向滲吸同時進行，油水置換充分則滲吸速度快且滲吸采出程度高。因此，在致密油藏注水開發(fā)中，體積壓裂及時可以有效改善注入水與儲層直接接觸面積，增強滲吸效果。

2.1.2 滲透率

選取4塊不同滲透率的巖心進行自然滲吸驅(qū)油實驗，實驗參數(shù)見表4，具體實驗結(jié)果如圖6、圖7和圖8所示。

表4 不同滲透率巖心物性參數(shù)表

圖6 滲吸采出程度與時間的關(guān)系曲線

圖7 滲吸速度與時間的關(guān)系曲線

圖8 壓力影響滲吸實驗直方圖

對于不同滲透率巖心自然滲吸實驗結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

1)由圖6可知，所選4塊巖心樣品最終采出程度差別較大，其中S48-3采出程度為19.3%而S48-4巖心樣品采出程度僅為4.9%。最終采出程度與滲透率大小呈正相關(guān)，當滲透率小時，吸水出油能力相對較差，隨著滲透率((0.506～0.721)×10-3μm2)的增加，孔喉間連通性增強，故滲吸采出程度增加。

2)由圖7可知，巖心自發(fā)滲吸時間主要集中于前100 min，滲吸速度在10 min內(nèi)即可達到最大值，后續(xù)過程中滲吸速度與滲吸時間呈負相關(guān)。4塊巖心樣品中，隨著滲透率的升高，巖心滲吸速度衰竭越快。

2.1.3 滲吸壓力

理論上高壓的滲吸介質(zhì)能夠為其進入巖心基質(zhì)深部提供動力，但高壓滲吸介質(zhì)又會對滲吸置換原油的排出造成一定的抑制，因此有必要研究滲吸壓力對滲吸效果的影響規(guī)律。由于實驗過程中設(shè)備儀器均在高壓環(huán)境下，故選擇在高壓反應(yīng)釜里進行，每塊巖心只能得到最終的采出程度，實驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 壓力影響滲吸實驗數(shù)據(jù)表

理論上滲吸圍壓對滲吸置換采出程度的影響是把雙刃劍，對于研究區(qū)儲層而言，存在一個最佳的滲吸圍壓值，通過室內(nèi)模擬實驗發(fā)現(xiàn)，實驗條件下，滲吸圍壓約為4 MPa時，其最終采出程度可達12.56%。當圍壓低于4 MPa時隨壓力升高，滲吸介質(zhì)更多地進入巖心基質(zhì)，使得滲吸置換程度有所提高；壓力繼續(xù)升高時，周圍高圍壓環(huán)境對基質(zhì)內(nèi)原油外排的抑制作用加劇，導(dǎo)致滲吸采出程度開始降低。因此實際生產(chǎn)中需注意裂縫系統(tǒng)與基質(zhì)間壓差處于適宜的水平。

2.1.4 微裂縫對滲吸排油效率的影響

研究區(qū)長6儲層屬于非常規(guī)致密儲層，存在天然裂縫，裂縫對滲吸基質(zhì)單元的形狀影響較大。所制巖心樣品均為Φ2.5 cm的巖樣，因此對研究區(qū)長6巖心進行人工造縫處理，來模擬天然裂縫對油水滲吸置換效果的影響，其中S37-7巖心為裂縫性巖心、S37-8巖心為純基質(zhì)巖心。自發(fā)滲吸實驗結(jié)果見表6。

表6 有無裂縫巖心自發(fā)滲吸實驗結(jié)果

模擬天然裂縫的自發(fā)滲吸實驗結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9 巖心滲吸采出程度與時間的關(guān)系曲線

圖10 巖心驅(qū)油速度與時間的關(guān)系曲線

圖9與圖10為滲吸采出程度和滲吸速度受裂縫影響的實驗曲線，分析對比可以發(fā)現(xiàn):有裂縫的S37-7巖心樣品采出程度可達16.56%，而無裂縫的S37-8號巖心樣品采出程度僅為11.24%，且S37-7號巖心滲吸采出速度始終高于S37-8號巖心樣品。裂縫的存在對自發(fā)滲吸影響很大，裂縫系統(tǒng)越發(fā)育越有利于滲吸作用的發(fā)生。

2.2 滲吸-驅(qū)替效率主控因素及其影響規(guī)律研究

2.2.1 滲透率影響

選取不同滲透率的巖心(S48-1，S48-2，S48-3，S48-4)，驅(qū)替速度設(shè)定為0.04 ml/min，考察滲透率對動態(tài)驅(qū)替滲吸采出程度影響規(guī)律，結(jié)果見表7、圖11。

表7 不同滲透率巖心驅(qū)替滲吸效果統(tǒng)計

圖11 滲透率與滲吸采出程度的關(guān)系曲線

根據(jù)圖11可知，滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時，隨著滲透率的增加，滲吸采出程度呈現(xiàn)遞增趨勢，與靜態(tài)自發(fā)滲吸趨勢一致。但隨滲透率的升高，遞增幅度較小。將巖心滲透率與驅(qū)替滲吸采出程度的數(shù)據(jù)進行回歸，得到在滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時的擬合公式:

y=-56.766x2+106.88x-33.92

(1)

將驅(qū)替-滲吸實驗與靜態(tài)自發(fā)滲吸實驗結(jié)果相對比，結(jié)果見圖12。

圖12 不同滲透率巖心動態(tài)驅(qū)替與靜態(tài)滲吸采出程度對比

由圖12可得，當巖心滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時，驅(qū)替采出程度小于靜態(tài)滲吸且滲透率越大采出程度差值越大，當滲透率為0.721×10-3μm2時采出程度差別最大達到5.63%。分析認為:該研究所用巖心處于夾持器內(nèi)，巖心外表面被膠套密封，因此實際與注入水接觸面積僅為巖心端面與裂縫面，裂縫內(nèi)壓力與含水飽和度均較高，裂縫內(nèi)水洗較徹底，但基質(zhì)內(nèi)大量剩余油仍未發(fā)生滲吸作用而滯留。而對于實驗中所用的巖心其滲吸作用較強烈，在靜態(tài)滲吸條件下與滲吸介質(zhì)接觸面積大，且排油出口較多，而動態(tài)驅(qū)替過程中僅裂縫排油，且裂縫中高壓系統(tǒng)對基質(zhì)內(nèi)滲吸出的油向裂縫內(nèi)運移具有抑制作用，因此基質(zhì)滲吸采出量與裂縫內(nèi)洗油量之和小于靜態(tài)滲吸采出量。

2.2.2 壓力梯度影響

在巖心樣品和滲流介質(zhì)給定的條件下，一定的驅(qū)替壓差與一定的穩(wěn)定驅(qū)替速度一一對應(yīng)，兩者均反映了當前壓力梯度下的滲流狀態(tài)，因此研究了壓力梯度與驅(qū)替效果之間的規(guī)律。實驗選用姚280井區(qū)的5塊巖心，造縫后進行水驅(qū)油實驗，以出口端油量變化小于0.1 ml/2 h為驅(qū)替結(jié)束標志，實驗結(jié)果見表8，驅(qū)替壓力梯度與采出程度關(guān)系見圖13。

表8 驅(qū)替壓力梯度對采出程度影響實驗結(jié)果

圖13 驅(qū)替壓力梯度與采出程度關(guān)系

通過圖13可以看出，當驅(qū)替壓力的梯度小于0.3 MPa/cm時驅(qū)替采出程度相差不大，其中壓力梯度為0.3 MPa/cm時的S52-2巖心采出程度僅比壓力梯度為0.1 MPa/cm時的S37-7號巖心高0.48%。當壓力梯度達到0.5 MPa/cm時，巖心采出程度提升明顯達到9.09%。分析認為在壓力梯度小于0.3 MPa/cm時基質(zhì)基本未參與驅(qū)替滲流，因此驅(qū)替采出程度較低；當壓力梯度逐漸增大，越來越多的基質(zhì)孔隙參與驅(qū)替滲流，因此有大量原油被驅(qū)替采出?？梢钥闯?，研究區(qū)基質(zhì)發(fā)生有效滲流需0.3 MPa/cm以上的壓力梯度，這在實際生產(chǎn)中是難以實現(xiàn)的，因此單憑常規(guī)驅(qū)替技術(shù)難以動用該區(qū)基質(zhì)剩余油。

3 結(jié)論

1)姚280區(qū)塊基質(zhì)壓力梯度在0.3 MPa/cm以上，此壓差在礦場中難以實現(xiàn)，故單憑常規(guī)驅(qū)替難以動用該區(qū)基質(zhì)剩余油。

2)相同物性條件下，巖心表面裸露面積越大，滲吸效果越好。因此，在特低滲油藏注水開發(fā)中，體積壓裂可以有效改善注入水與儲層直接接觸面積，增強滲吸效果。

3)滲透率為(0.506～0.721)×10-3μm2時，靜態(tài)自發(fā)滲吸作用主要發(fā)生在前960 min，滲吸速度迅速達到峰值后逐漸減小，直至自然滲吸作用停止。滲透率越大，巖心早期滲流速度越快，油水滲吸置換作用會較早停止。

4)實驗條件下隨著滲吸圍壓升高，置換程度先上升后下降，約為6 MPa時最佳，因而在實際生產(chǎn)中需注意裂縫系統(tǒng)與基質(zhì)間壓差處于適宜的水平。